JPH06340941A - ナノ相複合硬質材料とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】硼化物の硬質相と、鉄族金属の金属結合相とか
らなる硬質材料の強度とビッカース硬度を顕著に向上さ
せる。 【構成】Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｕ、
Ｓｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏおよび
Ｗの金属群、炭化物群、窒化物群、硼化物群、酸化物
群、珪化物群および炭化硼素から選ぶ１種以上の粒径が
３００ｎｍより小さいナノ相を硬質相中に０．０１体積
％以上３０体積％以下散在せしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、代表的な硬質材料（サ
ーメットともいう）であるタングステンカーバイト−コ
バルト（ＷＣ−Ｃｏ）系超硬合金に匹敵する強度と硬度
を室温において有し、金属材料や超硬合金が強度と硬度
を維持できない６００℃以上の高温においても優れた強
度と硬度を保持する硬質材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金が優れた強度と硬
度を有していることによって多くの用途を確保し、既に
大きなマーケットを形成している現状から推して、硼化
物の硬質相がＷＣ−Ｃｏ系超硬合金の炭化物の硬質相よ
り耐酸化性に優れ、アルミニウムや亜鉛などの溶融金属
に対する耐食性にも優れているので、高温域における強
度と硬度を付与できれば、広範な用途が開拓できるもの
と期待される。

【０００３】しかし、ただ単に硼化物と金属結合相を組
み合わせるだけでは、多くの場合脆弱な化合物が生成し
て実用性のある硬質材料とはならない。たとえば、Ｔｉ
Ｂ₂やＺｒＢ₂ などはＦｅやＮｉと反応して脆弱な硼化
物相であるＦｅＢやＮｉＢが生成することになるため、
実用性のある材料物性を有する硼化物系の硬質材料の製
造には困難がともなう。

【０００４】硼化物には一群の複硼化物のグループがあ
り、Ｍｏ₂ ＦｅＢ₂ 、Ｍｏ₂ ＮｉＢ₂ 、Ｗ₂ ＣｏＢ₂ な
どの複硼化物は、１９５０年代にＳｔｅｉｎｉｔｚらの
論文（Ｐｏｗｄｅｒ Ｍｅｔ．Ｂｕｌｌ．６，１２３
（１９５３））に報告され、硬質材料の硬質相に利用で
きることが示唆されている。Ｍｏ₂ ＦｅＢ₂ やＭｏ₂ Ｎ
ｉＢ₂ などの複硼化物の場合には、ＦｅやＮｉ系の金属
結合相と組み合わせても、上記のような好ましくない硼
化物相を生成せず、実用性のある強度と硬度を有する硬
質材料が焼結によって得られる。

【０００５】このため、特公昭６０−５７４９９、特公
昭６２−１９６３５３、特公昭６３−１４３２３６など
において、Ｍｏ₂ ＦｅＢ₂ 、Ｍｏ₂ ＮｉＢ₂ 、Ｗ₂ Ｃｏ
Ｂ₂などの複硼化物を硬質相とし、鉄族金属を主とする
金属結合相とから構成される硬質材料が既に提案されて
いる。

【０００６】これらの複硼化物を硬質相とする硬質材料
は、硼化物がＡｌやＺｎなどの溶融金属に対して耐食性
があり、６００℃以上の高温域でも強度と硬度を保有す
るという好ましい特徴があり、６００℃以上の高温域で
超硬合金より優れた強度と硬度を有しているので、アル
ミニウムのダイカスト成形用の部材などに応用が試みら
れ、現在実用化が進行中であり、複硼化物を硬質相とす
る硬質材料が見直されつつある。

【０００７】他方において、超硬合金やＴｉＣ系の硬質
材料の改良にもその後目覚ましい進展があり、常温にお
ける強度と硬度については非常に高い水準の材料が実現
し、超硬合金の曲げ強度には５００ｋｇ／ｍｍ² という
ものも報告されている。

【０００８】また一方において、特開平５−５８７５１
にはセラミックスの結晶粒子中にｎｍ（ナノメートル）
オーダーの第２相を分散せしめることにより、従来のセ
ラミックスと比べて高温強度と靭性に優れたセラミック
体を得ることが提案されている。この着想が金属と硼化
物セラミックスの複合材料である硼化物のサーメットに
ついても応用できれば、極限条件下で使用されることが
多いサーメットの高温強度と硬度を向上せしめ得ると予
想される。

【０００９】現在、複硼化物を硬質相とする硬質材料で
は、曲げ強度が大きいものでも２５０ｋｇ／ｍｍ² 程度
である。複硼化物の硬質材料の常温における強度を向上
せしめて超硬合金の強度に匹敵するレベルにできれば、
６００℃以上の高温における強度も顕著に大きくなると
予想され、高温における強度が大きくなれば、新技術の
開発を促す原動力となり、広範な用途が開けるはずであ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前述の硬質材
料における技術の現状を背景とし、硼化物に鉄族金属を
主成分とする金属結合相を組み合わせた硬質材料で、強
度と硬度が顕著に大きい硬質材料を提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を達
成すべくなされたものであり、本発明のナノ相複合硬質
材料は、硼化物の硬質相と、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選ば
れた１種以上の金属を主成分とする金属結合相と、硬質
相中に０．０１体積％以上３０体積％以下散在して含ま
れている粒径が３００ｎｍ未満のナノ相とからなり、該
ナノ相がＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ、
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏおよび
Ｗからなる金属群、これら金属の炭化物群、これら金属
の窒化物群、これら金属の硼化物群、これら金属の酸化
物群、これら金属の珪化物群および炭化硼素から選ばれ
る１種以上であることを特徴とする。

【００１２】大抵の場合、硬質材料の破断は亀裂が硬質
材料の大部分を占めている硬質相中を横断することによ
り進行するが、本発明のナノ相複合硬質材料では、硼化
物の硬質相中に非常に粒径の小さいナノ相と呼ぶ微細な
第３相が散在していることにより、複硼化物の硬質相が
強度と硬度の両面で強化され、硬質材料の強度と硬度が
向上せしめられている。

【００１３】硬質相の破断強度が硬質相中に散在するナ
ノ相によって高められている理由は今のところ明白でな
いが、亀裂の先端がナノ相にぶつかる部分で亀裂の先端
付近での応力集中が緩和されることにより、硬質相の破
断強度が向上するものと推定される。

【００１４】ナノ相が硬質相中に散在しているナノ相複
合硬質材料は、多くの場合、その製造方法として通常採
用されている常圧焼結によっては得難く、原料の調製条
件と焼結条件を厳密にコントロールした焼結方法によっ
て始めて得られる。

【００１５】まず、硬質材料中に散在せしめるナノ相
は、原料中に予め微細な粒子として、好ましくは最終的
に散在せしめる金属または化合物の形で存在せしめてお
く。焼結はナノ相が３００ｎｍ以上の粒径の結晶に成長
しないように、またナノ相が硬質相中に固溶して消えた
りしないように、相対的に低い温度において温度制御を
厳密にして焼結を行う必要がある。したがって、焼結温
度の範囲を広くできることもあって、低い温度でも焼結
が容易なホットプレスやホットアイソスタチックプレス
（ＨＩＰ）によって焼結するのが好ましい。

【００１６】鉄鋼などの材料において、焼き入れや焼き
戻しを行って微細な炭化物などを材料中に析出せしめる
技術が存在するが、大抵の硼化物相は鉄族金属などと比
べて溶融温度が高いので、結晶成長が起きやすく複硼化
物相中にナノ相（第３相）を析出せしめることは容易で
はない。

【００１７】硼化物の硬質相中にナノ相として散在せし
める相としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍ
ｇ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、
ＭｏおよびＷからなる金属群、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈ
ｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷの炭化物群、
Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃ
ｒ、ＭｏおよびＷの窒化物群、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａ
ｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏお
よびＷの硼化物群、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍ
ｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏお
よびＷの酸化物群、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈ
ｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷの珪化物群お
よび炭化硼素から選ばれる１種以上であるのが好まし
い。

【００１８】硬質相中に散在せしめるナノ相としては、
硬質材料の焼結時における相の安定性と製造の容易さ、
および得られる焼結体の特性から、上記のうちＴｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷの炭化
物群、硼化物群、酸化物群、炭化硼素、アルミナ、炭化
珪素および窒化珪素から選ばれる１種以上であるのがさ
らに好ましい。

【００１９】第３相の大きさは、その粒径が３００ｎｍ
未満のナノ相であることによって材料の強度と硬度の顕
著な向上効果が得られ、粒径が３００ｎｍ以上になると
その効果は小さい。

【００２０】また、硬質相中に散在せしめるナノ相の量
は、硬質相中に０．０１体積％以上含まれていれば硬質
材料を強化する効果が得られ、多く含まれた状態での緻
密化が困難という問題と、硬質材料の硬質相をそれ以上
強化する効果が得られないことから３０体積％未満とさ
れている。強度と硬度のバランスがとれた好ましい硬質
材料は、硬質材料中のナノ相の量を０．０３体積％以上
１０体積％以下とすることにより得られる。

【００２１】硼化物の硬質相としては、溶融金属に対し
て耐食性を示すなどの実用性を備えていることから、ま
た既に実用性のある物性を有する硬質材料を製造する技
術が開発されていることもあり、ＴｉＢ₂ 、ＺｒＢ₂ 、
ＷＢ、ＣｒＢ、ＴａＢ₂ 、ＮｂＢ₂ 、ＭｏＢ、Ｍｏ₂ Ｎ
ｉＢ₂ 、Ｍｏ₂ ＣｒＢ₂ 、Ｍｏ₂ ＦｅＢ₂ 、Ｍｏ₂ Ｃｏ
Ｂ₂ ＭｏＣｏＢ、Ｗ₂ ＣｏＢ₂ およびＷＣｏＢから選ば
れた１種以上が好ましく、ＴｉＢ₂ 、ＺｒＢ₂ 、Ｍｏ₂
ＮｉＢ₂ 、Ｍｏ₂ ＣｒＢ₂ 、Ｍｏ₂ ＦｅＢ₂ およびＷＣ
ｏＢから選ばれた１種以上とするのがさらに好ましい。

【００２２】また、硬質材料の実用的な強度と硬度を考
慮し、硼化物の硬質相と硬質材料中のナノ相が、硬質材
料中に合量で３５体積％以上９８体積％以下含まれてい
るのが好ましい。硬質材料中に含まれる硬質相とナノ相
の合量が３５体積％未満であると硬度が小さく耐摩耗性
に欠け、９８体積％を超えると脆くなって強度も小さく
なる。硬質材料中に含まれる硬質相と硬質相中のナノ相
のより好ましい量は、得られる材料の強度と硬度のバラ
ンスを考慮し、６５体積％以上９０体積％以下である。

【００２３】また、硬質相中だけでなく、金属結合相中
についてもナノ相を散在せしめることによって金属結合
相を強化でき、硬質材料の強度と硬度の向上に寄与せし
めることができる。すなわち、本発明の好ましいナノ相
複合硬質材料では、金属結合相中にＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷからなる金属群、
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷの炭化
物群、窒化物群、硼化物群、酸化物群、珪化物群および
炭化硼素から選ばれる１種以上が３００ｎｍ未満の粒径
のナノ相として散在している。

【００２４】金属結合相中のナノ相については、硬質相
中のナノ相の場合と異なり、ナノ相の種類によっては焼
き入れや焼き鈍しなどの方法によっても導入が可能と考
えられる。金属結合相中に散在せしめるナノ相として
は、硬質相中に散在せしめるナノ相と同じく、Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷの炭化
物群、硼化物群、酸化物群、炭化硼素、アルミナ、炭化
珪素および窒化珪素から選ばれる１種以上を選ぶのがよ
り好ましい。

【００２５】ナノ相が硬質材料の硬質相中および金属結
合相中に含まれていることは、透過電子顕微鏡などによ
り観察でき、その含有量は撮影した電子顕微鏡写真を解
析して測定できる。

【００２６】Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏを主成分とする金属結合
層（合金）中に固溶させて金属結合相を強化し得る金属
としては、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、
Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、ＷおよびＣｕがある。金属結
合相中に固溶せしめて効果のある量は、０．５重量％以
上５０重量％以下である。これらの金属のうちで、Ｔａ
とＮｂは１．５重量％以上３０重量％以下固溶せしめる
ことによって顕著な強化効果が認められる。硬質材料中
には、原料中に含まれていたり、粉砕工程などで導入さ
れる不可避の不純物が含まれていても通常特に支障はな
い。

【００２７】実際に、ホットプレスやＨＩＰを使用して
焼結して得たナノ相複合硬質材料には、類似の相からな
るナノ相が硬質相中と金属結合相中の両方に散在して含
まれる場合が多くあり、この場合には両方の相がナノ相
によって強化されているため、より優れた物性の硬質材
料が得られる。

【００２８】本発明のナノ相複合材料は、硼化物の硬質
相を形成する原料と、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏから選ばれ
る１種以上の金属を主成分とする金属結合相を形成する
原料と、３００ｎｍ未満の粒径を有する、Ｆｅ、Ｎｉ、
Ｃｏ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷの金属群、これら
金属の炭化物群、これら金属の窒化物群、これら金属の
硼化物群、これら金属の酸化物群、これら金属の珪化物
群および炭化硼素から選ばれる１種以上のナノ相を形成
する原料との混合粉体をナノ相が残留するように焼結す
ることにより得られる。焼結法としては無加圧焼結、ホ
ットプレス、ＨＩＰなどが採用でき、好ましくはホット
プレスまたはＨＩＰである。特に好ましくは、無加圧焼
結後にＨＩＰ焼結する２段焼結法である。

【００２９】本発明のナノ相複合硬質材料の一例とし
て、複硼化物であるＭｏ₂ ＮｉＢ₂ を硬質相とし、Ｎｉ
を主成分とする金属結合相で結合したものを例に挙げて
説明する。この硬質材料の主な出発原料には、ＭｏＢ、
Ｍｏ、ＮｉおよびＢの組み合わせ、Ｍｏ₂ ＮｉＢ₂ 、Ｍ
ｏおよびＮｉの組み合わせ、Ｍｏ、ＮｉおよびＢの組み
合わせなどを選ぶことができる。

【００３０】これらの主な出発原料に、ナノ相を形成す
るＴａ、ＴａＯ_x などをさらに配合した混合原料を、振
動ミル、ボールミル、アトリションミルなどに投入し、
エチルアルコール、アセトン、ヘキサンなどの媒体を加
えて湿式で混合粉砕、あるいは酸化を防ぐためにアルゴ
ンや窒素を封入した状態の乾式で混合を行う。

【００３１】混合粉砕に用いる粉砕機のボールとポット
は、ステンレス、超硬合金、ジルコニアまたはこれらの
材料で内張りしたものとし、好ましくはボールやポット
が摩耗して原料中に導入される分を予め考慮し、湿式で
混合粉砕する。混合粉砕された媒体を含むスラリー状の
混合原料は、エバポレータにより減圧乾燥して篩を通
し、またはスプレードライヤーで乾燥することによって
成形用原料とされる。

【００３２】次に、通常のプレスやアイソスタチックプ
レスなどにより成形し、成形体を真空中、窒素中、アル
ゴン中などにおいて予備焼結し、必要に応じて予備加工
した仮焼成品をＮｉ箔などの袋に封入し、ＨＩＰによっ
て緻密に焼結する。

【００３３】ここで注意が必要なのは、ナノ相を形成す
る原料として粒径が小さい原料粉末あるいは予め粒径が
３００ｎｍ未満となるまで粉砕した粉末を混合粉体中に
配合するのが好ましく、ナノ相を形成する原料粉末の粒
径が十分に小さくない場合には、混合粉砕時にナノ相を
形成できる粒径にナノ相の原料粉末を粉砕する必要があ
るが、混合粉砕で微粉砕するのはあまり効率がよいとは
いえない。

【００３４】ナノ相を形成する細かい粒径を有する粉体
を得るには、ボールミルやアトリションミルなどによっ
て粉砕する場合、粉砕エネルギーの大きい粉砕を行うこ
とが必要である。このような粉砕は、たとえば消耗が少
ない硬い材料で、類似系統の材料からなるボールとポッ
トなどを準備し、さらにボールの量に対する被粉砕粉末
の量を少なくし、かつ湿式粉砕を行うとよい。

【００３５】また、細かい粉末は非常に酸化されやすい
ので、粉砕後の混合原料の保存、乾燥、成形、焼結など
の工程において混合原料あるいは成形体が空気中の酸素
に触れて酸化されないような配慮が必要とされる。

【００３６】本発明のナノ相複合硬質材料の焼結は、従
来の硬質材料で行われているように１３００℃において
焼結すると、ＴａやＴａＯ_x 相は３〜５μｍに結晶成長
してナノ相として残留しないことになる。したがって、
焼結は緻密化が可能になるできるだけ低い温度で行うの
が好ましく、この意味でホットプレスやＨＩＰにより焼
結するのが好ましい手段ということになる。

【００３７】

【実施例】

［例１］ＭｏＢ粉末（平均粒径４．５μｍ）、Ｍｏ粉末
（平均粒径３．０μｍ）、Ｎｉ粉末（平均粒径２μｍ）
およびＴａ粉末（平均粒径３．５μｍ）をそれぞれ５
７．９重量％、７．２重量％、３２．０重量％および
２．９重量％秤取し、ステンレスポットに入れてエタノ
ールを媒体として加え、ステンレスボールにより７２時
間湿式で混合粉砕を行った。

【００３８】ポットから取り出したスラリーを非酸化性
雰囲気中において噴霧乾燥機で乾かし、２００ｋｇ／ｃ
ｍ² の圧力で２０×３０×４０ｍｍの予備成形体とし、
さらに圧力１５００ｋｇ／ｃｍ² でアイソスタチックプ
レスして成形体を得た。

【００３９】この成形体を１０^-3ｔｏｒｒ以下の真空中
において１２５０℃で２時間無加圧焼結した。得られた
無加圧焼結体をさらにＨＩＰ装置に入れ、１１５０℃、
１５００ｋｇ／ｃｍ² で１時間ＨＩＰ処理した。得られ
たＨＩＰ焼結体（本発明の硬質材料）について次のよう
にして物性を評価した。

【００４０】この硬質材料をダイヤモンド切断機で切断
した試料をダイヤモンドペーストで鏡面研磨し、ＳＥＭ
観察、ナノ相の大きさと分散量を調べるための透過電子
顕微鏡（ＴＥＭ）観察とＥＰＭＡ分析を行い、析出相の
同定とその量を調べた。

【００４１】また、強度を評価するため、平均粒径３４
μｍ（４００番）のダイヤモンド砥石により研削加工し
た３×４×３０ｍｍの曲げ強度試験片を作成し、３点曲
げ試験により室温と８００℃（いずれも空気中）におけ
る曲げ強度を測定した。

【００４２】ＴＥＭ観察では、微細なナノ相硬質相と金
属結合相の両方の存在が確認された。またこの硬質材料
中には、ＴａＮやＴａＯ_x の形態で３〜５μｍの粒径の
相が共存していた。ＥＰＭＡ観察から、金属結合相中に
Ｔａが固溶していることもわかった。硬質相であるＭｏ
₂ ＮｉＢ₂ の平均粒径は約６．５μｍであった。

【００４３】図１に示した写真は、例１の試料の薄片で
撮影したＴＥＭ写真であり、写真の右下にある破線の長
さが６６６ｎｍであるので、複硼化物の硬質相中に粒径
が３００ｎｍ未満の数個のＴａＯ_x の球状粒子からなる
ナノ相が観察される。

【００４４】この硬質材料の曲げ強度は、室温で２８０
ｋｇ／ｍｍ² 、８００℃で３００ｋｇ／ｍｍ² であっ
た。

【００４５】［例２（比較例）］１２５０℃で２時間無
加圧焼結するかわりに１３００℃で２時間無加圧焼結し
た他は例１と同様にして硬質材料を得、同様に諸物性を
測定した。この硬質材料には、硬質相中にも金属結合相
中にもナノ相は認められなかった。硬質相であるＭｏ₂
ＮｉＢ₂ の平均粒径は約８μｍであった。この硬質材料
の曲げ強度は、室温で２００ｋｇ／ｍｍ² 、８００℃で
２１０ｋｇ／ｍｍ² であった。

【００４６】例１と例２との強度の差には、例１の硬質
相の平均粒径が小さいことによる寄与も若干含まれてい
るが、硬質相の平均粒径を６．５μｍとしてもナノ相の
存在しないものにあってはこのような大きい強度が得ら
れないことから、主たる寄与は硬質相中にナノ相が散在
して含まれていることによると判断された。

【００４７】［例３〜１２］焼結を無加圧焼結のみとし
た他は例１に準じた処方により、原料として前記原料の
他にＴｉＢ₂ （平均粒径３μｍ）、Ｆｅ（平均粒径２μ
ｍ）、Ｃｒ（平均粒径４μｍ）、ＴａＣ（平均粒径２μ
ｍ）、ＴｉＮ（平均粒径１．５μｍ）、ＷＢ（平均粒径
４．５μｍ）、ＺｒＢ₂ （平均粒径２．５μｍ）、Ｃｏ
（平均粒径２μｍ）、Ａｌ₂ Ｏ₃ （平均粒径０．５μ
ｍ）を使用し、調合組成と無加圧焼結温度を変えて硬質
材料を試作し、ナノ相の存在と物性の評価を行い、その
結果を表１と表２に示した。なお、例９、例１０、例１
１、例１２（いずれも比較例）の調合組成はそれぞれ例
３、例４、例５、例６の調合組成と同一である。

【００４８】

【表１】

【００４９】

【表２】

【００５０】表２に示された硬質材料の曲げ強度から、
ナノ相を複合化した硬質材料では曲げ強度、特に８００
℃における曲げ強度が顕著に向上していることがわか
る。また、例１と例２で室温におけるビッカース硬度を
測定したところ、ナノ相を含まない硬質材料では９５０
ｋｇ／ｍｍ² であったのに対し、ナノ相を含む硬質材料
では１１００でｋｇ／ｍｍ² であり、ビッカース硬度の
向上にもナノ相の複合化が有効であることが認められ
た。

【００５１】

【発明の効果】以上の試験結果から、３００ｎｍより細
かい粒径のナノ相が硼化物の硬質相中に散在して含まれ
ている硬質材料では、強度の顕著な向上が室温において
認められるとともに、８００℃においてもこの強度がま
ったく劣化せず、８００℃において３００ｋｇ／ｍｍ²
という硼化物系硬質材料では前例のない高い曲げ強度に
到達できた。また、硬質材料のビッカース硬度について
も同時に向上し、硬質材料をナノ相と複合せしめたこと
による硬質材料の物性の向上効果は非常に顕著である。

【００５２】これらの硬質材料は非常に厳しい極限条件
下で使用される場合が多く、多くの場合その耐用が材料
の強度に依存することを考慮すると、本発明のナノ相複
合硬質材料で作成された部材の耐用は大幅に伸びること
は確実であり、これらの部材が製造装置やそのマザーマ
シンに組み込まれれば、工業製品の歩留と品質が顕著に
向上することになり、その産業上の利用価値は多大であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のナノ相複合材料の一例の組織を示す透
過電子顕微鏡写真。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】硼化物の硬質相と、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから
   選ばれた１種以上の金属を主成分とする金属結合相と、
   硬質相中に０．０１体積％以上３０体積％以下散在して
   含まれている粒径が３００ｎｍ（ナノメートル）未満の
   ナノ相とからなり、該ナノ相がＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａ
   ｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、
   Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷからなる金属群、これら金属
   の炭化物群、これら金属の窒化物群、これら金属の硼化
   物群、これら金属の酸化物群、これら金属の珪化物群お
   よび炭化硼素から選ばれる１種以上であることを特徴と
   するナノ相複合硬質材料。
2. 【請求項２】主な硼化物の硬質相がＴｉＢ₂ 、ＺｒＢ
   ₂ 、Ｍｏ₂ ＮｉＢ₂ 、Ｍｏ₂ ＣｒＢ₂、Ｍｏ₂ ＦｅＢ₂
   およびＷＣｏＢから選ばれた１種以上である請求項１に
   記載のナノ相複合硬質材料。
3. 【請求項３】ナノ相がＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔ
   ａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷの炭化物群、硼化物群、酸化物
   群、炭化硼素、アルミナ、炭化珪素および窒化珪素から
   選ばれた１種以上である請求項１または２に記載のナノ
   相複合硬質材料。
4. 【請求項４】金属結合相中に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、
   Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷからなる金属群、Ｆ
   ｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚ
   ｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷの炭化
   物群、これら金属の窒化物群、これら金属の硼化物群、
   これら金属の酸化物群、これら金属の珪化物群および炭
   化硼素から選ばれる１種以上が３００ｎｍ未満の粒径の
   ナノ相として０．０１体積％以上３０体積％以下散在し
   て含まれている請求項１〜３のいずれか１つに記載のナ
   ノ相複合硬質材料。
5. 【請求項５】硬質相と硬質相中のナノ相を合わせた相が
   硬質材料中に３５体積％以上９８体積％以下含まれてい
   る請求項１〜４のいずれか１つに記載のナノ相複合硬質
   材料。
6. 【請求項６】硼化物の硬質相を形成する原料と、Ｆｅ、
   ＮｉおよびＣｏから選ばれる１種以上の金属を主成分と
   する金属結合相を形成する原料と、３００ｎｍ未満の粒
   径を有するＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓ
   ｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏお
   よびＷの金属群、これら金属の炭化物群、これら金属の
   窒化物群、これら金属の硼化物群、これら金属の酸化物
   群、これら金属の珪化物群および炭化硼素から選ばれる
   １種以上のナノ相を形成する原料との混合粉体をナノ相
   が残留するように焼結することを特徴とするナノ相複合
   硬質材料の製造方法。